CN112061255A - 一种胶园管理机器人系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种胶园管理机器人系统及控制方法。所述胶园管理机器人系统中的割胶视觉识别模块设置在橡胶树上；割胶视觉识别模块用于存储割胶起刀点距离割胶视觉识别模块的中心的相对位置；充电视觉识别模块设置在充电桩上；充电视觉识别模块用于存储充电桩上的充电桩电极距离充电视觉识别模块的中心的相对位置；移动机器人用于识别割胶视觉识别模块以确定刀痕位置和刀痕走向从而规划切割轨迹、根据切割轨迹进行割胶操作，将割取的橡胶液送至橡胶处理中心以及识别充电视觉识别模块以完成在充电桩充电。本发明降低人工割胶的劳动强度，提高割胶劳动生产率。

Description

一种胶园管理机器人系统及控制方法
技术领域
本发明涉及橡胶树割胶技术领域，特别是涉及一种胶园管理机器人系统及控制方法。
背景技术
橡胶树割胶长达30-40年，而割胶的劳动投入占整个橡胶生产劳动总投入的60％以上，因此，割胶是橡胶生产中最重要的环节。割胶技术和割胶制度的好坏，不仅影响橡胶树的产量，甚至影响橡胶树产胶寿命；同时，橡胶树产量与立地环境中的温度、湿度和光照有密切关系，为了保证产胶量，割胶通常都在凌晨进行，繁重的体力加上工作环境的恶劣，使得胶工短缺将成为整个天然橡胶产业发展的新常态，也将严重制约天然橡胶发展。因此，如何降低人工割胶的劳动强度及提高割胶劳动生产率是当前天然橡胶产业发展的瓶颈。
发明内容
基于此，有必要提供一种胶园管理机器人系统及控制方法，以降低人工割胶的劳动强度，提高割胶劳动生产率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种胶园管理机器人系统，包括：移动机器人、割胶视觉识别模块、充电视觉识别模块、橡胶处理中心、充电桩和控制室；
所述割胶视觉识别模块设置在橡胶树上；所述割胶视觉识别模块用于存储割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置；所述充电视觉识别模块设置在所述充电桩上；所述充电视觉识别模块用于存储所述充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置；所述移动机器人用于识别所述割胶视觉识别模块以确定刀痕位置和刀痕走向，从而规划切割轨迹，用于根据所述切割轨迹进行割胶操作，将割取的橡胶液送至所述橡胶处理中心以及用于识别所述充电视觉识别模块以完成在所述充电桩充电；所述控制室用于控制所述移动机器人。
可选的，所述移动机器人包括机器人主体、摄像头和割胶装置；所述摄像头和所述割胶装置均设置在所述机器人主体上；所述摄像头用于对所述移动机器人所处的环境进行拍摄以及对所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块进行识别；所述割胶装置用于执行割胶操作。
可选的，所述移动机器人还包括导航模块；所述导航模块设置在所述机器人主体上；所述导航模块用于为所述移动机器人导航，使得所述移动机器人经过从起点到终点中的每一个橡胶树。
可选的，所述移动机器人还包括机器人充电电极；所述机器人充电电极设置在所述机器人主体上；所述机器人充电电极用于与所述充电桩电极对接以完成充电。
可选的，各所述橡胶树上均设置有收胶碗；所述移动机器人用于在对所有的橡胶树完成割胶操作后，从起点到终点逐个收取所述收胶碗中的橡胶液，并将所述橡胶液送至所述橡胶处理中心。
可选的，所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块均为表面带有图案的标签，不同的图案对应不同的存储信息。
本发明还提供了一种胶园管理机器人控制方法，应用于上述所述的胶园管理机器人系统；所述胶园管理机器人控制方法包括：
确定刀痕位置和刀痕走向，并由所述刀痕位置和所述刀痕走向规划切割轨迹；
移动机器人根据所述切割轨迹进行割胶操作，并将割取的橡胶液送至橡胶处理中心；
控制所述移动机器人移动到充电桩所处的位置，并对充电视觉识别模块进行识别得到充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置；
由所述充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置确定充电桩电极的位置；
在所述充电桩电极的位置完成对所述移动机器人的充电。
可选的，在所述确定刀痕位置和刀痕走向，并由所述刀痕位置和刀痕走向规划切割轨迹之前，还包括：
控制移动机器人移动到目标橡胶树所处的位置；
对所述目标橡胶树上的割胶视觉识别模块进行识别，获取割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置；
由所述割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置得到刀痕位置和刀痕走向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种胶园管理机器人系统及控制方法。所述胶园管理机器人系统包括移动机器人、割胶视觉识别模块、充电视觉识别模块、橡胶处理中心、充电桩和控制室，移动机器人自主收胶，并将收获的橡胶液交由橡胶处理中心处理，整体流程结束后，移动机器人返回到控制室外的充电桩完成自主充电，并在充满后自动断电，等待下次割胶流程。本发明采用机械化、自动化、智能化的割胶机器人取代了人工割胶，降低了人工割胶的劳动强度，提高了割胶劳动生产率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的胶园管理机器人系统的结构图；
图2为移动机器人行走至橡胶树旁进行割胶操作的示意图；
图3为移动机器人自主导航行走至橡胶处理中心中交付橡胶液的示意图；
图4为移动机器人进行自主充电的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
生产上，开割线均是从左上方向右下方，称为“左割”。乳管的走向在树皮中与树干中轴成2-7度夹角，从左下方旋转上升。“左割”可以割断更多的乳管，产量高些。
割面规划：芽接树刺激割胶新割线下端离地面高度，第一割面和第二割面均为110cm－130cm，再生皮的割面高度不变；同一林段内割线方向应一致。
割线倾斜度：阳刀割线(↓)自左上方向右下方倾斜25°～30°，阴刀割线(↑)自左上方向右下方倾斜40°～45°。
割胶深度(离形成层的距离)：刺激割胶制度PR107等较耐刺激品种的割胶深度不小于0.18cm，RRIM600等较不耐刺激品种的割胶深度不小于0.20cm；进入11月份以后，冬季割胶PR107的割胶深度不超过0.20cm；RRIM600的割胶深度不超过0.22cm；非刺激割胶的割胶深度在0.12cm－0.18cm之间。
树皮消耗量：三天一刀割制，阳线每刀耗皮量不大于0.14cm，阴线每刀耗皮量不大于0.18cm；四天一刀割制则分别对应为0.16cm和0.20cm；五天一刀割制则分别对应为0.18cm和0.22cm。割频再降低和高温旱季可适度增加耗皮量，反之。
图1为本发明实施例提供的胶园管理机器人系统的结构图。
参见图1，本实施例的胶园管理机器人系统，包括：移动机器人1、割胶视觉识别模块、充电视觉识别模块、橡胶处理中心2、充电桩3和控制室4。
所述割胶视觉识别模块设置在橡胶树5上；所述割胶视觉识别模块用于存储割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置；所述充电视觉识别模块设置在所述充电桩3上；所述充电视觉识别模块用于存储所述充电桩3上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置；所述移动机器人1用于识别所述割胶视觉识别模块以确定刀痕位置和刀痕走向，从而规划切割轨迹，用于根据所述切割轨迹进行割胶操作，将割取的橡胶液送至所述橡胶处理中心2以及用于识别所述充电视觉识别模块以完成在所述充电桩3充电；所述控制室4用于控制所述移动机器人1。
作为一种可选的实施方式，所述移动机器人1包括机器人主体、摄像头和割胶装置；所述摄像头和所述割胶装置均设置在所述机器人主体上；所述摄像头用于对所述移动机器人1所处的环境进行拍摄以及对所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块进行识别；所述割胶装置用于执行割胶操作。
作为一种可选的实施方式，所述移动机器人1还包括导航模块；所述导航模块设置在所述机器人主体上；所述导航模块用于为所述移动机器人1导航，使得所述移动机器人1经过从起点到终点中的每一个橡胶树。
作为一种可选的实施方式，所述移动机器人1还包括机器人充电电极；所述机器人充电电极设置在所述机器人主体上；所述机器人充电电极用于与所述充电桩电极对接以完成充电。
作为一种可选的实施方式，各所述橡胶树5上均设置有收胶碗；所述移动机器人1用于在对所有的橡胶树5完成割胶操作后，从起点到终点逐个收取所述收胶碗中的橡胶液，并将所述橡胶液送至所述橡胶处理中心2。
作为一种可选的实施方式，所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块均为表面带有图案的标签，不同的图案对应不同的存储信息。
所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块均为包含信息的标签。通过移动机器人1上的摄像头识别标签，并通过改变标签上的图案改变标签中包含的信息。信息主要包括：移动机器人1应执行的动作(割胶动作或充电动作)，如果需要执行割胶动作，标签中还包含割胶起刀点距离标签中心的相对位置；如果需要执行充电动作，标签中还包含充电桩电极距离标签中心的相对位置。在识别完成后，移动机器人1将割胶装置移动至起刀位置进行割胶，或将机器人充电电极按照标签中记录的信息移动到充电桩电极处进行两端电极的对接完成充电。
本实施例的胶园管理机器人系统的工作流程如下：
自主移动机器人1出发，自主导航经过每一棵树，通过割胶视觉识别模块完成割胶；待割胶全部完成后，移动机器人1从起始点逐个收取收胶碗中的橡胶液，如图2所示，图2中示出了割胶视觉识别模块6、刀痕7和收胶碗8；将收取到的所有橡胶液送至橡胶处理中心2完成橡胶液的加工工作，如图3所示；待完成后，移动机器人1返回到控制室4外的充电桩3处，通过充电视觉识别模块完成移动机器人1的自主充电过程，待移动机器人1充电完成后，移动机器人1自主断电进入休眠状态，等待下一次割胶流程，如图4所示。
其中，切割轨迹的规划过程为：通过割胶视觉识别模块识别橡胶树上已有刀痕，选取若干点位，拟合为一条平滑的轨迹，作为切割轨迹，通过机器人末端执行器(割胶装置)完成割胶操作。
本实施例的胶园管理机器人系统，具有以下优点：
1、利用机器人自主完成整体胶园系统的管理工作，无需人员操作，可实现完全自主工作、自主导航、自主割胶、自主收胶和自主充电等一系列工作。
2、机器人可在胶林中自主导航至每一棵橡胶树旁。
3、机器人在橡胶树旁通过识别橡胶树上的割胶视觉识别模块识别刀痕位置以及刀痕走向，自主完成割胶操作，并在完成割胶操作之后继续自护导航至下一棵橡胶树，并再次进行割胶操作。
4、完成割胶后再通过自主导航至每一棵树旁，收取橡胶。
5、橡胶处理中心也可自主完成橡胶的加工处理，并制成初产品。
6、最终通过视觉识别完成机器人的自主充电过程，并在自动断电后保持休眠状态。
本发明还提供了一种胶园管理机器人控制方法，应用于上述所述的胶园管理机器人系统；所述胶园管理机器人控制方法包括：
1)确定刀痕位置和刀痕走向，并由所述刀痕位置和所述刀痕走向规划切割轨迹。
2)移动机器人根据所述切割轨迹进行割胶操作，并将割取的橡胶液送至橡胶处理中心。
3)控制所述移动机器人移动到充电桩所处的位置，并对充电视觉识别模块进行识别得到充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置。
4)由所述充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置确定充电桩电极的位置。
5)在所述充电桩电极的位置完成对所述移动机器人的充电。
作为一种可选的实施方式，在步骤1)之前，还包括：
控制移动机器人移动到目标橡胶树所处的位置；对所述目标橡胶树上的割胶视觉识别模块进行识别，获取割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置；由所述割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置得到刀痕位置和刀痕走向。
本实施例的胶园管理机器人控制方法，实现了包括充电、断电以及启动等众多工作无需人员操作，自主性强，降低了人工割胶的劳动强度，提高了割胶劳动生产率。采用自主移动导航技术，打破现有传统割胶技术和“一机一树”机械割胶机的固定作业方式，使割胶机器人更好地实现无人作业。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种胶园管理机器人系统，其特征在于，包括：移动机器人、割胶视觉识别模块、充电视觉识别模块、橡胶处理中心、充电桩和控制室；
所述割胶视觉识别模块设置在橡胶树上；所述割胶视觉识别模块用于存储割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置；所述充电视觉识别模块设置在所述充电桩上；所述充电视觉识别模块用于存储所述充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置；所述移动机器人用于识别所述割胶视觉识别模块以确定刀痕位置和刀痕走向，从而规划切割轨迹，用于根据所述切割轨迹进行割胶操作，将割取的橡胶液送至所述橡胶处理中心以及用于识别所述充电视觉识别模块以完成在所述充电桩充电；所述控制室用于控制所述移动机器人。
2.根据权利要求1所述的一种胶园管理机器人系统，其特征在于，所述移动机器人包括机器人主体、摄像头和割胶装置；所述摄像头和所述割胶装置均设置在所述机器人主体上；所述摄像头用于对所述移动机器人所处的环境进行拍摄以及对所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块进行识别；所述割胶装置用于执行割胶操作。
3.根据权利要求2所述的一种胶园管理机器人系统，其特征在于，所述移动机器人还包括导航模块；所述导航模块设置在所述机器人主体上；所述导航模块用于为所述移动机器人导航，使得所述移动机器人经过从起点到终点中的每一个橡胶树。
4.根据权利要求2所述的一种胶园管理机器人系统，其特征在于，所述移动机器人还包括机器人充电电极；所述机器人充电电极设置在所述机器人主体上；所述机器人充电电极用于与所述充电桩电极对接以完成充电。
5.根据权利要求1所述的一种胶园管理机器人系统，其特征在于，各所述橡胶树上均设置有收胶碗；所述移动机器人用于在对所有的橡胶树完成割胶操作后，从起点到终点逐个收取所述收胶碗中的橡胶液，并将所述橡胶液送至所述橡胶处理中心。
6.根据权利要求1所述的一种胶园管理机器人系统，其特征在于，所述割胶视觉识别模块和所述充电视觉识别模块均为表面带有图案的标签，不同的图案对应不同的存储信息。
7.一种胶园管理机器人控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的胶园管理机器人系统；所述胶园管理机器人控制方法包括：
确定刀痕位置和刀痕走向，并由所述刀痕位置和所述刀痕走向规划切割轨迹；
移动机器人根据所述切割轨迹进行割胶操作，并将割取的橡胶液送至橡胶处理中心；
控制所述移动机器人移动到充电桩所处的位置，并对充电视觉识别模块进行识别得到充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置；
由所述充电桩上的充电桩电极距离所述充电视觉识别模块的中心的相对位置确定充电桩电极的位置；
在所述充电桩电极的位置完成对所述移动机器人的充电。
8.根据权利要求7所述的一种胶园管理机器人控制方法，其特征在于，在所述确定刀痕位置和刀痕走向，并由所述刀痕位置和刀痕走向规划切割轨迹之前，还包括：
控制移动机器人移动到目标橡胶树所处的位置；
对所述目标橡胶树上的割胶视觉识别模块进行识别，获取割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置；
由所述割胶起刀点距离所述割胶视觉识别模块的中心的相对位置得到刀痕位置和刀痕走向。
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